Интенсивное сельское хозяйство , также известное как интенсивное земледелие (в отличие от экстенсивного земледелия ), обычное или промышленное сельское хозяйство , представляет собой тип сельского хозяйства , как сельскохозяйственных культур , так и животных , с более высоким уровнем затрат и производства на единицу площади сельскохозяйственных земель . Он характеризуется низким коэффициентом использования пара, более высоким использованием таких ресурсов, как капитал , рабочая сила , агрохимикаты и вода, а также более высокой урожайностью сельскохозяйственных культур на единицу площади земли. [1]
Большая часть коммерческого сельского хозяйства является интенсивным по одному или нескольким направлениям. Формы, которые в значительной степени полагаются на промышленные методы , часто называют промышленным сельским хозяйством , которое характеризуется технологиями, предназначенными для увеличения урожайности. Методы включают посадку нескольких культур в год, сокращение частоты паровых лет, улучшение сортов , механизированное сельское хозяйство , контролируемое более тщательным и детальным анализом условий выращивания, включая погоду, почву , воду, сорняки и вредителей. Современные методы часто предполагают более широкое использование небиотических материалов, таких как удобрения , регуляторы роста растений, пестициды и антибиотики для скота. Интенсивные фермы широко распространены в развитых странах и становятся все более распространенными во всем мире. Большая часть мяса, молочных продуктов , яиц , фруктов и овощей, доступных в супермаркетах , производится такими фермами.
Некоторые интенсивные фермы могут использовать устойчивые методы , хотя это обычно требует более высоких затрат труда или более низкой урожайности. [2] Устойчивое повышение производительности сельского хозяйства , особенно в мелких хозяйствах , является важным способом уменьшения количества земли, необходимой для ведения сельского хозяйства, а также замедления и обращения вспять деградации окружающей среды посредством таких процессов, как вырубка лесов . [3]
Интенсивное животноводство предполагает выращивание большого количества животных на ограниченных землях, например , путем ротационного выпаса [4] [5] или иногда в виде концентрированного кормления животных . Эти методы увеличивают урожайность продуктов питания и клетчатки с акра по сравнению с экстенсивным животноводством ; Редко перемещаемым животным подносят концентрированные корма или при вахтовом выпасе животных повторно переводят на свежий корм. [4] [5]
Развитие сельского хозяйства в Великобритании в период с 16 по середину 19 века привело к значительному увеличению производительности сельского хозяйства и чистого выпуска продукции. Это, в свою очередь, способствовало беспрецедентному росту населения, высвободив значительный процент рабочей силы и тем самым способствовало промышленной революции . Историки назвали огороживание , механизацию , четырехпольный севооборот и селекционное размножение наиболее важными нововведениями. [6]
Промышленное сельское хозяйство возникло в ходе промышленной революции. К началу 19 века сельскохозяйственные методы, инвентарь, семенной фонд и сорта настолько улучшились, что урожайность с единицы земли во много раз превышала уровень, наблюдавшийся в средние века . [7] [ нужна страница ]
Первый этап включал непрерывный процесс механизации. Машины, запряженные лошадьми, такие как жатка Маккормика , произвели революцию в уборке урожая, а такие изобретения, как хлопкоочистительная машина, снизили стоимость переработки. В этот же период фермеры начали использовать паровые молотилки и тракторы . [8] [9] [10] В 1892 году был успешно разработан первый трактор с бензиновым двигателем , а в 1923 году трактор International Harvester Farmall стал первым универсальным трактором, что стало переломным моментом в замене тягловых животных на машины. Затем были разработаны механические комбайны , сеялки, рассадопосадочные машины и другое оборудование, что произвело дальнейшую революцию в сельском хозяйстве. [11] Эти изобретения увеличили урожайность и позволили отдельным фермерам управлять все более крупными фермами. [12]
Идентификация азота , фосфора и калия (NPK) как важнейших факторов роста растений привела к производству синтетических удобрений , что еще больше увеличило урожайность сельскохозяйственных культур . В 1909 году был впервые продемонстрирован метод Габера-Боша для синтеза нитрата аммония . Удобрения NPK вызвали первые опасения по поводу промышленного сельского хозяйства из-за опасений, что они имеют побочные эффекты, такие как уплотнение почвы , эрозия почвы и снижение общего плодородия почвы , а также проблемы со здоровьем, связанные с попаданием токсичных химикатов в продукты питания . [13]
Открытие витаминов и их роли в питании в первые два десятилетия 20-го века привело к появлению витаминных добавок, которые в 1920-х годах позволили выращивать часть домашнего скота в закрытых помещениях, что снизило воздействие на него неблагоприятных природных элементов. [14]
После Второй мировой войны использование синтетических удобрений резко возросло. [15]
Открытие антибиотиков и вакцин облегчило животноводство за счет снижения заболеваемости. [16] [17] Развитие логистики и холодильного оборудования, а также технологий переработки сделало возможным распространение товаров на большие расстояния. Комплексная борьба с вредителями — это современный метод, позволяющий свести к минимуму использование пестицидов до более устойчивого уровня. [18] [19]
Существуют опасения по поводу устойчивости промышленного сельского хозяйства и воздействия удобрений и пестицидов на окружающую среду, что дало начало органическому движению [20] и создало рынок для устойчивого интенсивного сельского хозяйства, а также финансирования разработки соответствующих технологий . .
Интенсификация пастбищ – это улучшение пастбищных почв и трав с целью повышения потенциала производства продуктов питания в системах животноводства. Его обычно используют для обращения вспять деградации пастбищ - процесса, характеризующегося потерей корма и снижением продуктивности животных , что является результатом чрезмерного выпаса скота , плохого управления питательными веществами и недостаточного сохранения почвы . [21] Эта деградация приводит к ухудшению качества пастбищных почв, снижению плодородия и доступности воды , а также увеличению скорости эрозии, уплотнения и подкисления . [22] Деградированные пастбища имеют значительно более низкую продуктивность и более высокие выбросы углекислого газа по сравнению с интенсифицированными пастбищами. [23] [24] [25] [26] [27]
Методы управления, которые улучшают здоровье почвы и, следовательно, продуктивность трав , включают орошение , скарификацию почвы и внесение извести , удобрений и пестицидов . В зависимости от целей продуктивности целевой сельскохозяйственной системы могут быть предприняты более сложные проекты восстановления для замены инвазивных и малопродуктивных трав видами трав, которые лучше подходят к почвенным и климатическим условиям региона. [21] Эти интенсифицированные травяные системы позволяют повысить производительность поголовья , ускорить набор веса животных и сократить время на убой, что приводит к созданию более продуктивных и углеродоэффективных систем животноводства . [25] [26] [27]
Еще одним методом оптимизации урожайности при сохранении углеродного баланса является использование интегрированных систем растениеводства-животноводства (ICL) и растениеводства-животноводства-лесоводства (ICLF), которые объединяют несколько экосистем в одну оптимизированную сельскохозяйственную структуру. [28] При правильном исполнении такие производственные системы способны создавать синергию, потенциально принося пользу пастбищам за счет оптимального использования растений, улучшения показателей кормления и откорма, повышения плодородия и качества почвы, интенсификации круговорота питательных веществ , комплексной борьбы с вредителями и улучшения биоразнообразия . [21] [28] Введение некоторых бобовых культур на пастбища может увеличить накопление углерода и фиксацию азота в почвах, а их усвояемость способствует откорму животных и снижает выбросы метана в результате кишечной ферментации . [21] [25] Системы ICLF дают продуктивность мясного скота в десять раз выше, чем на деградированных пастбищах; дополнительное производство сельскохозяйственных культур за счет урожая кукурузы , сорго и сои ; и значительно сократились балансы парниковых газов из-за секвестрации углерода лесами. [22]
В рамках программы выпаса скота «Двенадцать апреля» для молочного производства, разработанной Министерством сельского хозяйства США ( SARE) , кормовые культуры для молочных стад высаживаются на многолетних пастбищах. [29]
Вахтовый выпас — это разновидность кормодобывания, при которой стада или отары регулярно и систематически перемещают на свежие, отдохнувшие пастбища (иногда называемые загонами ), чтобы максимизировать качество и количество прироста корма. Его можно использовать для крупного рогатого скота, овец, коз, свиней, кур, индеек, уток и других животных. Стада выпасают одну часть пастбища или загона, позволяя остальным восстановиться. Отдых на пастбищах позволяет растительности возобновить энергетические запасы, восстановить систему побегов и углубить корневую систему, что приводит к максимальному производству биомассы в долгосрочной перспективе . [4] [5] [30] [31] Пастбищные системы сами по себе могут позволить пасущимся удовлетворять свои энергетические потребности, но вахтовый выпас особенно эффективен, потому что травоядные предпочитают более нежные, молодые стебли растений. Паразиты также вымирают, что сводит к минимуму или устраняет необходимость в дегельминтизаторах. Благодаря повышенной продуктивности ротационных систем животным может потребоваться меньше дополнительных кормов, чем при системах непрерывного выпаса. Таким образом, фермеры могут увеличить объемы поголовья. [4] [32]
Интенсивное животноводство или «промышленное животноводство» — это процесс выращивания скота в загонах с высокой плотностью поголовья. [33] [34] [35] [36] [37] « Операции по концентрированному кормлению животных » (CAFO), или «интенсивные животноводческие операции», могут содержать большое количество (некоторые до сотен тысяч) коров, свиней, индеек. , или куры, часто в помещении. Суть таких ферм – концентрация скота на заданном пространстве. Цель состоит в том, чтобы обеспечить максимальную производительность при минимально возможных затратах и максимальном уровне безопасности пищевых продуктов. [38] Этот термин часто используется уничижительно. [39] CAFO резко увеличили производство продуктов питания в животноводстве во всем мире, как с точки зрения общего объема производства продуктов питания, так и с точки зрения эффективности.
Животным доставляют еду и воду, часто применяют терапевтическое применение противомикробных препаратов, витаминных добавок и гормонов роста. Гормоны роста не используются ни для кур, ни для других животных в Европейском Союзе . Нежелательное поведение, часто связанное со стрессом содержания, приводило к поиску послушных пород (например, с выведением естественного доминирующего поведения), физическому ограничению, чтобы прекратить взаимодействие, например, отдельные клетки для цыплят, или физическим модификациям, таким как удаление клювов у цыплят, чтобы уменьшить вред от борьбы. [40] [41]
Обозначение CAFO возникло в результате Федерального закона США о чистой воде 1972 года , который был принят для защиты и восстановления озер и рек до качества, пригодного для ловли рыбы и купания. Агентство по охране окружающей среды США определило некоторые операции по кормлению животных, а также многие другие виды промышленности как «точечные источники» загрязнения подземных вод . Эти операции подлежали регулированию. [42]
В 17 штатах США отдельные случаи загрязнения подземных вод были связаны с CAFO. [43] Федеральное правительство США признает проблему утилизации отходов и требует, чтобы отходы животноводства хранились в лагунах . Эти лагуны могут достигать 7,5 акров (30 000 м 2 ). Лагуны, не защищенные непроницаемой облицовкой, при некоторых условиях могут просачиваться в грунтовые воды, как и стоки навоза, используемого в качестве удобрения. Лагуна, прорвавшаяся в 1995 году, выбросила 25 миллионов галлонов азотистого осадка в реку Нью -Ривер в Северной Каролине . В результате разлива предположительно погибло от восьми до десяти миллионов рыб. [44]
Большая концентрация животных, отходов животного происхождения и мертвых животных на небольшом пространстве создает этические проблемы для некоторых потребителей. Активисты по защите прав и защиты животных утверждают, что интенсивное выращивание животных жестоко по отношению к животным.
Зеленая революция изменила сельское хозяйство во многих развивающихся странах. Он распространял технологии, которые уже существовали, но не получили широкого распространения за пределами промышленно развитых стран. Эти технологии включали «чудо-семена», пестициды, орошение и синтетические азотные удобрения. [45]
В 1970-х годах учёные создали высокоурожайные сорта кукурузы, пшеницы и риса. Они обладают повышенным потенциалом поглощения азота по сравнению с другими сортами. Поскольку зерновые, поглощающие излишек азота, обычно залежались (опадали) перед сбором урожая, в их геномы были введены гены полукарликовости. Пшеница Норин 10 , сорт, выведенный Орвиллом Фогелем из японских карликовых сортов пшеницы, сыграл важную роль в разработке сортов пшеницы. IR8 , первый широко распространенный высокоурожайный рис, разработанный Международным научно-исследовательским институтом риса , был создан путем скрещивания индонезийского сорта «Пета» и китайского сорта «Ди Гео Ву Ген». [46]
Благодаря доступности молекулярной генетики арабидопсиса и риса ответственные мутантные гены ( уменьшенный рост (rht) , нечувствительность к гиббереллину (gai1) и тонкий рис (slr1) ) были клонированы и идентифицированы как клеточные сигнальные компоненты гиббереллиновой кислоты , фитогормона , участвующего в регуляция роста стебля посредством влияния на деление клеток. Вложения фотосинтата в стебель резко сокращаются у более коротких растений, а питательные вещества перенаправляются на производство зерна, что, в частности, усиливает эффект урожайности от химических удобрений.
Высокоурожайные сорта в несколько раз превосходили традиционные сорта и лучше реагировали на добавление орошения, пестицидов и удобрений. Гибридная энергия используется во многих важных культурах, чтобы значительно повысить урожайность фермеров. Однако преимущество теряется для потомства гибридов F1 , а это означает, что семена однолетних культур необходимо приобретать каждый сезон, что увеличивает затраты и прибыль фермеров.
Севооборот или последовательность культур — это практика выращивания ряда разнородных типов культур на одном и том же пространстве в последовательные сезоны с целью избежать накопления патогенов и вредителей, которое происходит при непрерывном выращивании одного вида. Севооборот также направлен на то, чтобы сбалансировать потребности различных культур в питательных веществах, чтобы избежать истощения питательных веществ в почве . Традиционной составляющей севооборота является пополнение азота за счет использования бобовых и сидератов последовательно с зерновыми и другими культурами. Севооборот также может улучшить структуру и плодородие почвы за счет чередования растений с глубокой и мелкой корневой системой. Связанный с этим метод заключается в посадке многовидовых покровных культур между техническими культурами. Это сочетает в себе преимущества интенсивного земледелия с непрерывным покрытием и поликультурой .
На орошение сельскохозяйственных культур приходится 70% мирового потребления пресной воды. [47] Паводковое орошение , самый старый и наиболее распространенный тип, обычно распределяется неравномерно, поскольку части поля могут получать избыток воды, чтобы доставить достаточное количество воды в другие части. Верхнее орошение с использованием разбрызгивателей с центральным или боковым перемещением обеспечивает гораздо более равномерную и контролируемую схему распределения. Капельное орошение – самый дорогой и наименее используемый вид, но доставляет воду к корням растений с минимальными потерями.
Меры по управлению водосбором включают в себя ямы для пополнения запасов, которые собирают дождевую воду и сточные воды и используют их для пополнения запасов подземных вод. Это помогает пополнять запасы грунтовых вод и в конечном итоге уменьшает эрозию почвы. Реки, запруженные плотинами, образующие водохранилища, хранят воду для орошения и других целей на больших площадях. На небольших территориях иногда используются оросительные пруды или грунтовые воды.
В сельском хозяйстве обычно требуется систематическая борьба с сорняками, часто выполняемая с помощью таких машин, как культиваторы или опрыскиватели жидких гербицидов. Гербициды убивают определенные цели, оставляя урожай относительно невредимым. Некоторые из них действуют, препятствуя росту сорняков, и часто основаны на растительных гормонах . Борьба с сорняками с помощью гербицидов усложняется, когда сорняки становятся устойчивыми к гербицидам. Решения включают в себя:
В сельском хозяйстве терраса — это выровненный участок холмистой обрабатываемой территории, разработанный как метод сохранения почвы для замедления или предотвращения быстрого поверхностного стока оросительной воды. Часто такая земля формируется в виде нескольких террас, придающих ступенчатый вид. Человеческие ландшафты выращивания риса на террасах, которые повторяют естественные контуры откосов, такие как контурная вспашка , являются классической особенностью острова Бали и рисовых террас Банауэ в Банауэ, Ифугао , Филиппины . В Перу инки использовали непригодные для использования склоны, строя стены из сухого камня для создания террас, известных как Анденс .
Рисовое поле — затопленный участок пахотной земли , используемый для выращивания риса и других околоводных культур . Рисовые поля являются типичной чертой рисосеющих стран Восточной и Юго-Восточной Азии , включая Малайзию, Китай, Шри-Ланку, Мьянму, Таиланд, Корею, Японию, Вьетнам, Тайвань, Индонезию, Индию и Филиппины. Они также встречаются в других регионах выращивания риса, таких как Пьемонт (Италия), Камарг (Франция) и долина Артибонит (Гаити). Они могут встречаться в природе вдоль рек или болот или могут быть построены даже на склонах холмов. Им требуется большое количество воды для орошения, большая часть которой приходится на наводнения. Он создает среду , благоприятную для выращиваемого сорта риса, и враждебен многим видам сорняков . Водяной буйвол , единственный вид тягловых животных , которому комфортно жить на водно-болотных угодьях , широко распространен на рисовых полях Азии. [48]
Недавним достижением в области интенсивного производства риса является Система интенсификации риса . [49] [50] Разработанная в 1983 году французским отцом - иезуитом Анри де Лоланье на Мадагаскаре , [51] к 2013 году число мелких фермеров, использующих эту систему, выросло до 4-5 миллионов. [52]
Аквакультура – это выращивание натуральных продуктов из воды ( рыбы , моллюсков , водорослей , водорослей и других водных организмов). Интенсивная аквакультура осуществляется на суше с использованием резервуаров, прудов или других контролируемых систем или в океане с использованием садков. [53]
Интенсивные методы ведения сельского хозяйства, которые считаются устойчивыми , были разработаны для замедления ухудшения состояния сельскохозяйственных земель и даже для восстановления здоровья почвы и экосистемных услуг . Эти разработки могут относиться к категории органического земледелия или интеграции органического и традиционного сельского хозяйства.
Пастбищное земледелие предполагает посадку зерновых культур непосредственно на луга без предварительного применения гербицидов. Многолетние травы образуют живой мульчирующий подлесок зерновых культур, что устраняет необходимость сажать покровные культуры после сбора урожая . Пастбище интенсивно выпасается как до, так и после производства зерна. Эта интенсивная система приносит фермерам эквивалентную прибыль (частично за счет увеличения корма для скота), одновременно создавая новый верхний слой почвы и улавливая до 33 тонн CO 2 /га/год. [54] [55]
Биоинтенсивное сельское хозяйство фокусируется на максимизации эффективности, например, на единицу площади, затратах энергии и воды.
Агролесоводство объединяет технологии сельского хозяйства и садоводства/лесоводства для создания более интегрированных, разнообразных, продуктивных, прибыльных, здоровых и устойчивых систем землепользования.
Совмещение культур может повысить урожайность или сократить затраты и, таким образом, представляет собой (потенциально устойчивую) интенсификацию сельского хозяйства. Однако, хотя общая урожайность с акра часто увеличивается, урожайность любой отдельной культуры часто снижается. Фермеры также сталкиваются с проблемами, полагающимися на сельскохозяйственное оборудование, оптимизированное для монокультуры , что часто приводит к увеличению трудоемкости.
Вертикальное земледелие — это интенсивное растениеводство в крупных масштабах в городских центрах, в многоэтажных постройках с искусственным освещением для производства низкокалорийных продуктов, таких как травы, микрозелень и салат.
Интегрированная система земледелия — это прогрессивная, устойчивая система сельского хозяйства, такая как сельское хозяйство с нулевыми отходами или интегрированная мультитрофическая аквакультура , которая предполагает взаимодействие нескольких видов. Элементами этой интеграции могут быть:
Целостное управление изначально было разработано для обращения вспять опустынивания . [58] Целостный плановый выпас похож на ротационный выпас, но подчеркивает четыре принципа водного цикла , минеральных циклов (включая углеродный цикл ), [59] потока энергии и экологии . [60]
Промышленное сельское хозяйство использует огромное количество воды , энергии , [61] и промышленных химикатов , увеличивая загрязнение пахотных земель , пригодной для использования воды и атмосферы . Гербициды , инсектициды и удобрения накапливаются в грунтовых и поверхностных водах . Промышленные методы ведения сельского хозяйства являются одним из основных факторов глобального потепления , на их долю приходится 14–28% чистых выбросов парниковых газов . [62]
Многие негативные последствия промышленного сельского хозяйства могут проявиться на некотором расстоянии от полей и ферм. Например, соединения азота со Среднего Запада перемещаются вниз по Миссисипи, разрушая прибрежное рыболовство в Мексиканском заливе, вызывая так называемые океанические мертвые зоны. [63]
Многие виды диких растений и животных вымерли в региональном или национальном масштабе, а функционирование агроэкосистем глубоко изменилось. Интенсификация сельского хозяйства включает в себя множество факторов, в том числе утрату элементов ландшафта, увеличение размеров ферм и полей, а также увеличение использования инсектицидов и гербицидов. Большие масштабы применения инсектицидов и гербицидов приводят к быстрому развитию устойчивости среди вредителей, что делает гербициды и инсектициды все более неэффективными. [64] Агрохимикаты были замешаны [ кем? ] при расстройстве коллапса семьи , при котором отдельные члены пчелиных семей исчезают. [65] (Сельскохозяйственное производство во многом зависит от пчел, которые опыляют многие сорта фруктов и овощей.)
Интенсивное сельское хозяйство создает условия для роста и передачи паразитов, которые значительно отличаются от тех, с которыми паразиты сталкиваются в естественных популяциях хозяев, что потенциально изменяет отбор по множеству признаков, таких как особенности жизненного цикла и вирулентность. Некоторые недавние вспышки эпидемий подчеркнули связь с интенсивными методами ведения сельского хозяйства. Например, вирус инфекционной анемии лосося (ISA) наносит значительный экономический ущерб лососевым фермам. Вирус ISA представляет собой ортомиксовирус с двумя отдельными кладами: европейской и североамериканской, которые разошлись до 1900 года (Krossøy et al. 2001). [66] Это расхождение предполагает, что предковая форма вируса присутствовала у диких лососевых рыб до введения лососевых рыб, выращиваемых в садках. Поскольку вирус распространяется путем вертикальной передачи (от родителя к потомству) [ необходимы разъяснения ] .
Интенсивная монокультура увеличивает риск неудач из-за вредителей , неблагоприятных погодных условий и болезней. [67] [68]
Исследование Управления по оценке технологий США пришло к выводу, что в отношении промышленного сельского хозяйства существует «отрицательная связь между тенденцией к увеличению размера ферм и социальными условиями в сельских общинах» на «статистическом уровне». [69] Сельскохозяйственная монокультура может повлечь за собой социальные и экономические риски. [70]
ротационный выпас предполагает более высокий уровень управления с большим количеством загонов, более короткими периодами выпаса и более длительными периодами отдыха.
Существует множество причин, по которым производители переходят на интенсивные системы выпаса. К ним относятся...
Самая большая гипоксическая зона в США и вторая по величине гипоксическая зона в мире образуется в северной части Мексиканского залива, рядом с рекой Миссисипи. На этом изображении из анимации NOAA показано, как стоки с ферм (зеленые зоны) и городов (красные зоны) стекают в Миссисипи. Этот сток содержит избыток питательных веществ из удобрений, очистных сооружений и других источников.
В северо-центральных штатах интенсивное выращивание определенных видов и гибридов тополя представляет собой наибольшую возможность добиться максимального производства древесного волокна при условии, что будут приняты адекватные меры для борьбы со многими насекомыми и болезнями, которые могут поражать их. [...] Тенденция к монокультуре [...] увеличивает уязвимость системы земледелия к насекомым и болезням. Наибольший потенциал коварной катастрофы из-за вирусных заболеваний связан с монокультурами вегетативно размножаемых многолетних культур.
Промышленные монокультуры — отдельные культуры там, где когда-то существовало разнообразие, и отдельные сорта каждой культуры там, где раньше их было тысячи — также наносят удар по биологическому и генетическому разнообразию. [...] Монокультуры слабы, подвержены поражению насекомыми, болезням и плохой погоде.
Помимо того, что монокультуры представляют собой относительно нестабильные сельскохозяйственные экосистемы, они также уязвимы для стихийных бедствий в результате социальных и экономических потрясений.